級聯(lián)粉末過濾裝置運行情況分析

王鵬　耿境　張宏

摘 要

粉末沉積是目前導(dǎo)致離心級聯(lián)分離功率下降的主要原因，經(jīng)檢測分析，粉末的主要成分為氟化鈾酰，是六氟化鈾與級聯(lián)內(nèi)其他物質(zhì)反應(yīng)的產(chǎn)物。為減少級聯(lián)內(nèi)的粉塵沉積量，設(shè)計了一套適用于離心級聯(lián)的過濾裝置并安裝于相應(yīng)工藝節(jié)點，持續(xù)監(jiān)測并記錄相關(guān)參數(shù)變化情況，過濾裝置運行一段時間后，拆下過濾裝置并對濾芯檢查并稱重。文章根據(jù)過濾裝置的運行參數(shù)及粉末收集量估算級聯(lián)不同工藝節(jié)點的粉末含量水平，并對過濾裝置的過濾效果進行了評估，并給出了緩解離心級聯(lián)分離功率下降的方法。

關(guān)鍵詞

過濾裝置;離心級聯(lián);粉末;沉積

中圖分類號： TH137 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.030

0 概述

UF6是鈾化合物中唯一能在離心機工作溫度和壓力下穩(wěn)定存在的氣態(tài)化合物，且氟元素沒有天然同位素，因此被用作離心工廠的供料。但其化學(xué)性質(zhì)活潑，極易與級聯(lián)中微量的水發(fā)生反應(yīng)，生成的UO2F2為淡黃色晶體，會沉積于離心機、閥門、補壓機及壓力調(diào)節(jié)裝置中。目前，國內(nèi)離心級聯(lián)中均發(fā)現(xiàn)了淡黃色的粉末。

UO2F2的沉積會導(dǎo)致離心機分流比的改變，偏離設(shè)定工況產(chǎn)生混合損失，最終致使級聯(lián)分離能力降低。這在運行時間較長的級聯(lián)中尤為明顯，以國內(nèi)某級聯(lián)為例，因粉末沉積導(dǎo)致了分離能力的下降，嚴重影響級聯(lián)的經(jīng)濟性。粉末的沉積還會導(dǎo)致各離心機負載分配不均衡，部分離心機可能會超載，影響其運行效率，并且粉末沉積產(chǎn)生的不平衡差也會帶來一定的核臨界風(fēng)險。

因此，考慮用過濾或慣性的方法對產(chǎn)生的粉塵及時從系統(tǒng)中清除，以保證級聯(lián)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行，本文主要針對過濾方法進行論述。

1 過濾裝置應(yīng)用概述

燒結(jié)金屬濾芯具有強度高、耐腐蝕的特性，可以應(yīng)用于UF6環(huán)境，故選取燒結(jié)金屬濾芯作為過濾裝置濾芯，其為下端封閉的燭狀中空體（如圖1所示），通過多孔板與壓板垂直懸吊于過濾裝置內(nèi)部，將過濾裝置分隔為兩部分，工作介質(zhì)流經(jīng)過濾裝置時因攔截、碰撞、捕集、吸附等效應(yīng)將粉塵分離出來，如圖2所示。

過濾裝置的濾芯會對通過的氣流產(chǎn)生壓降，為保證級聯(lián)壓力工況，需對過濾裝置相關(guān)參數(shù)進行計算，過濾裝置的壓降為：

其中ε ρω +ε ρω 為進出口壓降，其值較小可以忽略，Dp與名義孔徑有關(guān)（如1μm名義孔徑的濾芯，Dp為26.7μm），ε為孔隙率取0.4， A為有效過濾面積，結(jié)合現(xiàn)場空間取11m2或3.7m2。

結(jié)合級聯(lián)相關(guān)工藝節(jié)點流量及壓力，對各節(jié)點過濾器參數(shù)進行了計算和選擇，各節(jié)點選擇的過濾裝置參數(shù)如表1。

2 過濾裝置效果

2.1 壓降情況

裝入過濾裝置的工藝節(jié)點分為3類，即供料流節(jié)點（以1#點位代表）、中間料流節(jié)點（以7#點位代表）、最終精料流節(jié)點（以6#點位代表），其壓力變化如圖5所示（均已做歸一化處理）。最終精料流節(jié)點過濾裝置運行期間，其后的孔板未再發(fā)生堵塞情況，調(diào)節(jié)裝置開度未發(fā)生變化，可認為過濾裝置能滿足粉塵過濾要求。

當(dāng)過濾裝置濾芯有較多粉塵附著形成灰層時，其壓降會增大。從圖5看出，供料流節(jié)點過濾裝置壓降基本無明顯變化，3μm濾芯已具有很高的過濾精度，如有粉塵則會被過濾，故認為該節(jié)點內(nèi)基本無粉塵，可見級聯(lián)中的粉末不是由供料帶入，而是在級聯(lián)內(nèi)部反應(yīng)生成的;中間料流因安裝時間較短，未能明顯看出其粉塵水平，之后對其進行拆解，發(fā)現(xiàn)濾芯表面有粉末沉積，對其稱重有增重;最終精料流安裝約60天后，其壓降明顯增大，可知其粉末水平較高。因中間料流與最終精料流有效過濾面積不一樣，不能比較出兩者粉末水平高低。

2.2 濾芯增重情況

供料流節(jié)點過濾器在較長一段時間內(nèi)壓降均未發(fā)生變化，故未對其進行烘干稱重。對7#工藝節(jié)點（中間料流）過濾器拆解后對濾芯進行稱重，發(fā)現(xiàn)濾芯有增重，具體如表2所示。

7#工藝節(jié)點（中間料流）過濾器有濾芯70根，據(jù)此折算每年可以過濾粉塵約3kg，相較該級聯(lián)每年的不平衡差，數(shù)值較小，因此可以認為粉末在隨物料運行較短一段距離后會沉積下來，這一點也被6#工藝節(jié)點粉末中U235豐度證實。

對6#工藝節(jié)點（最終精料流）過濾器拆解后對濾芯進行稱重，發(fā)現(xiàn)濾芯有增重，具體如表3所示。

6#工藝節(jié)點（最終精料流）過濾器有濾芯24根，據(jù)此折算每年可以過濾粉塵約4.5kg，粉末水平高于7#工藝節(jié)點，可認為級聯(lián)粉末水平向精料端不斷增加。

在各中間精料流上加裝過濾器可以在一定程度上緩減相關(guān)機組的粉末堵塞情況，但具體效果仍需要持續(xù)跟蹤分析。

3 結(jié)論

本文通過對級聯(lián)系統(tǒng)中過濾裝置的壓降變化情況及濾芯增重情況的分析，得出過濾裝置可以有效分離出工作介質(zhì)中的粉末，理論上可以緩減級聯(lián)因粉末堵塞造成的分離能力下降。

致謝：

對論文撰寫過程中給予幫助的領(lǐng)導(dǎo)和同事致以真摯的感謝！

參考文獻

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